压缩机补气增焓技术探究
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作者:陈朝波
摘 要：补气增焓技术是近年来压缩技术领域中一个热点技术，其在解决压缩机在低温工况下排气温度过高和制热量不足等问题上具有较好的作用，主要介绍了滚动转子压缩机和涡旋压缩机的补气增焓技术，结合单缸和多缸滚动转子压缩机以及涡旋压缩机的具体结构，重点介绍了上述各类压缩机补气增焓结构及其各自优缺点。
关键词：压缩机;补气;增焓;闪蒸器
中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.08.104
0 引言
空调、制冷行业的快速发展，极大地推动了压缩机技术的发展，对于我国北方等低温地区，随着室外温度降低，压缩机压缩比增大、蒸发温度降低等，存在低温环境下制热能力下降的难题，其中，中间补气技术是热泵低温环境有效克服低温环境的有效措施之一;补气技术也由此越来越引起压缩机制造企业的重视，对提高企业压缩机产品的综合竞争力具有十分重要的意义。
1 压缩机补气增焓技术进展
压缩机补气主要应用于发展较成熟的滚动转子式压缩机、涡旋压缩机;下面主要针对上述压缩机的补气增焓技术进行阐述，以系统了解目前的压缩机补气增焓技术的整体技术发展状况。
1.1 单缸滚动转子压缩机补气增焓技术
单缸滚动转子压缩机的补气是通过在压缩腔中增加补气口，通过引入中压流体形成对压缩腔进行喷射补气。图1为该类压缩机的补气增焓结构图，滚动转子压缩机的工作过程中包括了吸气和压缩过程，而补气是针对压缩过程补气，将补气孔设置在与压缩腔连通的排气孔附近，而为了防止补气流体回流，可以设置簧片阀等止回阀结构，当补气流体压力大于压缩腔内的流体压力时打开补气孔进行补气，称为准二级压缩形式。准二级压缩的滚动转子压缩可有效解决压缩机在低温工况下排气温度过高和制热量不足等问题，已经成为解决低温工况下空气源热泵性能衰减的重要技术途径。由于补气口开在排气口附近的气缸壁上，将不可避免有一段补气口和吸气口串通的时间，在这段时间内，补气口喷射出来的中压流体回流至吸气管，导致压缩机的容积效率下降;为了克服上述技术问题，根据滚动转子压缩机中设置有往复运动的滑片结构，发展出了一种将补气通道开设在滑片上的补气结构，如图1（b）所示，将补气通道直接设置在滑片上，并将补气通道的端部距离滑片端部一定距离设置，通过该距离的设定可以实现在吸气阶段不进行补气而在压缩阶段才开始补气，防止了喷射气体的回流，更好地适应滚动转子压缩机的工作过程，提高了补气效果。
1.2 多缸滚动转子压缩机补气增焓技术
目前，由于在变容技术和多级压缩等方面具有其独性能，多缸多级压缩已经成为滚动转子压缩机的一个重要发展方向，多缸滚动转子压缩机的补气增焓技术也取得很大的技术发展。
图2为两种常规的多缸滚动转子压缩机补气结构，图2（a）为一种将补气通道设置在下法兰的补气结构，其设置一个混合腔用于将低压级气缸排出的流体与补气流体进行充分的混匀，混匀后的流体再通过缸体上设置的中间流道进入高压级气缸内进行压缩，之后再通过排气管排出压缩机;图2（b）为利用多缸滚动转子压缩机的气缸之间设置有隔板的结构，将补气通道设置在隔板上，并通过隔板上的补气通道直接对上下气缸的压缩腔进行补气，由于在隔板上设置了两个独立的补气通道，该结构可以较好防止对多缸压缩机的补气中可能存在的串气问题。
随着多缸滚动转子压缩机的发展，其补气结构也取得了明显的技术进步。其中，如图2所示，包括了直接对压缩腔进行补气结构和设置混合腔进行补气的结构，而对压缩腔直接进行补气包括有对所有气缸进行补气和对部分气缸进行补气，可以满足多缸单级压缩和多缸多级压缩等不同类型的多缸滚动转子压缩机的补气需求;而对于多缸多级压缩机，该类压缩机的双级补气增焓技术是将低压级和高压级设置在同一压缩机内，高、低压级间通过中压流体通道或中压流体腔室连接，构成两级压缩，将闪蒸器内的饱和气态制冷剂补入压缩机两级压缩间的中间腔内，与低压级气缸的排气混合后进入高压级气缸的吸气腔内再进行二级压缩，其目的是改善压缩过程，进而提高压缩机COP。对于多级压缩，根据高低压压缩中的气缸温度差异的结构，提出了一种将补气通道开始在高压缸上，通过补气流体实现对高压缸的冷却并降低补气流体的含液量的双重目的的结构;同时，混合腔可以设置在上气缸上部、下气缸下部或者中间隔板上，或者直接利用电机腔作为混合腔进行补气增焓;而在补气流体的引入上，既有利用闪蒸器引入补气流体，也有直接引入冷凝器出来的流体补气。另外，近年来，针对补气结构也相应地提出了相应的降噪措施，比如，在两级压缩机的中间补气通路上设置消音腔等结构，可以有效防止补气可能带来的压缩机整体性能的降低。
1.3 涡旋压缩机补气增焓技术
涡旋压缩机是除了滚动转子压缩机之外，补气技术发展较多的一种压缩机类型。涡旋压缩机补气技术是在静涡旋盘中开设补气通道，通过该补气通道向涡旋压缩机的中间腔补充制冷剂提高压缩机排气量，降低排气温度从而提高压缩机能力。对于涡旋压缩机，采用补气技术后，其制冷量和制热量可以得到提升，而功耗会有所上升。
图3为涡旋压缩机的补气结构图，通过补气管道连接到静涡旋盘上的补气通道，将中间压的补气流体向中间压缩腔喷射补气。对于涡旋压缩机的补气结构，补气位置和补气口的形状以及补气流体的控制等都是补气效果的重要影响因素，最佳补气点位置选择要兼顾效率高低和制冷量大小原则并要考虑泄漏等诸多因素;而补气口形状对补气速度和阻力具有重要的影响，主要有两类：条缝形和圆孔形，条缝形补气口的补气阻力小，补气速度快，但加工难度大，而圆孔形与条缝形相反;由于补气阻力对涡旋压缩机的性能影响不大，因此通常采用圆孔形补气口。近年来，为了更好地控制涡旋压缩机的运行，在补气通路上设置了易于实现自动控制的电磁阀等结构，通过电磁阀结构与自动控制系统连接，并进而增设温度传感器和压力传感器等实现对补气的自动控制，在此基础上，还提出了一种在补气通道上设置有形状记忆合金等材料形成的控制阀结构，以更好地适应涡旋压缩机的工况，提高压缩机可靠性。
2 结束语
中间补气技术可有效提升涡旋压缩机热泵系统的制热量及能效比，在一定范围内满足低温环境制热需求;而将中间补气技术与低成本的滚动转子式压缩相结合也可实现中间补气的二级/准二级压缩过程，可以克服传统空气能热泵所存在的问题。我国空调等制冷行业的发展对压缩机的补气技术提出了更高的要求，如何根据不同类型压缩机各自的结构特点，深入挖掘补气中存在的技术问题，完善压缩机补气结构是未来压缩机补气技术发展的重要方面。
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